复合场--现代五项技术应用 非常好
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全国现代五项夏令营活动基本方案一、现代五项基本介绍现代五项运动相对古代五项运动而言,古代五项为短跑、跳远、标枪、铁饼和角力,项目的产生源于古代人类生活和战争,在第18届古代奥运会上设有此项目,距今有2700多年。
现代奥林匹克之父顾拜旦在20世纪初为开创一项类似于古代五项的综合性项目,通过当时的瑞典军事体育联盟开展了有击剑、游泳、马术、射击和跑步组成的现代五项。
现代五项运动对运动员素质的不同要求使其冠为“万能者”的竞技项目,顾拜旦称其为“真正男子汉的运动”,击剑的拼搏、游泳的争先、马术的潇洒、射击的沉稳、跑步的毅力,体现了现代五项全面性、实用性和挑战性的特点,使其充满魅力,风靡全球。
目前,全世界有100多个国家和地区开展现代五项运动。
二、活动名称:2015年现代五项青少年夏令营*站三、活动规模:学生50-100人/站。
四、活动对象:12-16岁(可根据年龄分班)五、活动时间:一般为一周六、组织原则:(一)理论与实践相结合(二)趣味性与实用性相结合(三)体验与竞赛相结合七、活动内容实施“4个1”方案。
(一)听1次讲座采用教室授课(PPT方式)的方式进行,主要内容包括奥运文化、奥运精神;现代五项介绍、项目特点和魅力。
(二)作1次观摩有条件的观摩1次现代五项运动员训练或比赛,或观看现代五项影视录像。
(三)进行1次体验现场体验主要包括击剑、游泳、跑步、射击、马术组合成的2项、3项或4项的教学。
(四)参加1次比赛1.个人赛比赛名次按照个人成绩分组别录取。
将两个或三个单项完成时间相加,按总成绩进行排名。
2.团体赛以班级、年级、小组或学校为单位组队,以个人赛成绩为依据,每队取成绩最好的4至8名队员,其中必须有1名女队员,将其完成时间相加计算团体成绩,总时间少者为优胜。
3.接力赛以班级、年级或学校为单位组队,每队由2人组成,1男1女,比赛顺序为女—男,每人独立完成二项(或三项)后交接给后一名队员,连续不间断比赛,最后一名队员冲终点,首先到达终点者为胜。
现代五项运动现状及对策研究作者:马杰来源:《体育时空》2015年第04期中图分类号:G888 文献标识:A 文章编号:1009-9328(2015)04-000-01摘要针对我国现代五项运动员的各项赛事的综合表现以及目前的调查研究情况,提出目前现代五项运动中存在着一些不合理的阻碍发展的因素。
针对这些问题,提出在目前状况下,应提高教练员的综合素质;加大对项目本质规律的研究,完善训练思路,改变训练理念;扬长避短,各项目平衡与协调发展,以促进我国现代五项运动的健康发展。
关键词现代五项现状对策现代五项是由射击、击剑、游泳、马术、跑步等5个不同的项目组成的运动项目,运动员需要在一天时间内完成所有5个项目的比赛。
面对现在世界现代五项发展趋势,研究我国现代五项发展面临着的现实问题,基于问题提出对策建议,为现代五项管理部门及教练员决策提供依据。
一、现代五项运动现状通过对现代五项的平时日常训练调查研究、目前各大类型的运动比赛的现代五项运动员成绩表现分析,目前我国现代五项运动项目主要存在教练员队伍素质不齐、训练思路陈旧、项目间发展不平衡的问题。
(一)教练员队伍素质参差不齐运动项目的发展和竞争是人才的竞争,拥有一批高素质的教练员队伍是项目发展的宝贵财富。
有调查资料表明,我国现有的现代五项教练员严重不足,在知识结构和能力结构等方面尚有待改进和提高,在训练中始终是“师傅带徒弟、老兵带新兵”的训练方式。
在训练中,常常是发现比赛中哪一项较弱,在下阶段的训练中就主攻那一项,结果是这一项在下次比赛中提高了,可能另一项又不行了,这种现象在我国优秀运动员参加世界大赛中的表现显得十分明显。
(二)训练思路、训练理念的缺乏现代五项训练在平时训练时把各个项目分割开来训练,没有正确把握在训练中如何把五项当作一个整体来练,各个单项的负荷如何安排,整体负荷如何安排,特别是单项强度的安排都没有切实的依据。
没有严格、可执行的标准与方式来衡量。
(三)各项目间发展不平衡通过分析近几年重大比赛及十二届全运会运动员的成绩表现,在每一个项目上成绩离散度很大,说明在某一个单项上很不稳定,同时表现出五个项目间不平衡,总是有短腿的项目,如某些运动员击剑、马术和跑步表现良好,但是游泳就会成绩不佳。
带电粒子在复合场中的运动一、考纲要求1.理解组合场及复合场的特点,知道在什么情况下考虑物体重力,什么时候不考虑。
2.能够综合运用左手定则、安培定则及相关的力学规律解决带电粒子(物体)在复合场中的运动问题3.理解质谱仪、回旋加速器、磁流体发电机、电磁流量计等仪器的构造、原理,并能解决有关问题。
二、知识梳理1.复合场与组合场(1)复合场:电场、磁场、重力场共存,或其中某两场共存.(2)组合场:电场与磁场各位于一定的区域内,并不重叠或在同一区域,电场、磁场交替出现.2.带电粒子在复合场中的运动分类(1)静止或匀速直线运动当带电粒子在复合场中所受合外力为零时,将处于静止状态或做匀速直线运动.(2)匀速圆周运动当带电粒子所受的重力与电场力大小相等、方向相反时,带电粒子在洛伦兹力的作用下,在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动.(3)非匀变速曲线运动当带电粒子所受的合外力的大小和方向均变化,且与初速度方向不在同一条直线上时,粒子做非匀变速曲线运动,这时粒子运动轨迹既不是圆弧,也不是拋物线.(4)分阶段运动带电粒子可能依次通过几个情况不同的复合场区域,其运动情况随区域发生变化,其运动过程由几种不同的运动阶段组成.复合场与组合场3.回旋加速器(1)构造:如图所示,D1、D2是半圆形金属盒,D形盒的缝隙处接_____电源.D形盒处于匀强磁场中.(2)原理:交变电流的周期和粒子做圆周运动的周期相等,粒子在圆周运动的过程中一次一次地经过D形盒缝隙,两盒间的电势差一次一次地反向,粒子就会被一次一次地加速.由qvB=,得E km=,可见粒子获得的最大动能由磁感应强度和D形盒半径R决定,与加速电压无关.4.质谱仪(1)构造:如图所示,由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等组成.(2)原理:粒子由静止在加速电场中被加速,根据动能定理qU=mv2可知进入磁场的速度v=.粒子在磁场中受洛伦兹力偏转,做匀速圆周运动,根据牛顿第二定律,qvB=mv2/r.由以上几式可得出需要研究的物理量如粒子轨道半径、粒子质量、比荷等.5.速度选择器(如图所示)(1)平行板间电场强度E和磁感应强度B互相垂直.这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来,所以叫做速度选择器.(2)粒子能够通过选择器的条件:qE=qvB,即v=.6.磁流体发电机(如图所示)(1)磁流体发电是一项新兴技术,它可以把内能直接转化为电能.(2)根据左手定则,如图中的B板是发电机正极.(3)磁流体发电机两极板间的距离为d,等离子体速度为v,磁场磁感应强度为B,则两极板间能达到的最大电势差U=Bdv.7.电磁流量计(1)如图所示,一圆形导管直径为d,用非磁性材料制成,其中有可以导电的液体流过导管.(2)原理:导电液体中的自由电荷(正、负离子)在洛伦兹力作用下横向偏转,a、b间出现电势差,形成电场.当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时,a、b间的电势差就保持稳定.由Bqv=Eq=q,可得v=,液体流量Q=Sv=·=.8.霍尔效应在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体,当磁场方向与电流方向垂直时,导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差,这种现象称为霍尔效应,所产生的电势差称为霍尔电势差,其原理如图所示.三、要点精析1.求解带电粒子在组合场中运动问题的分析方法(1)正确受力分析,除重力、弹力、摩擦力外要特别注意静电力和磁场力的分析.(2)确定带电粒子的运动状态,注意运动情况和受力情况的结合.(3)对于粒子连续通过几个不同区域、不同种类的场时,要分阶段进行处理,并找出各阶段间的衔接点和相关联的物理量.(4)画出粒子运动轨迹,灵活选择不同的运动规律.2.带电粒子在叠加场中无约束情况下的运动情况分类(1)磁场力、重力并存①若重力和洛伦兹力平衡,则带电体做匀速直线运动.②若重力和洛伦兹力不平衡,则带电体将做复杂的曲线运动,因洛伦兹力不做功,故机械能守恒,由此可求解问题.(2)电场力、磁场力并存(不计重力的微观粒子)①若电场力和洛伦兹力平衡,则带电体做匀速直线运动.②若电场力和洛伦兹力不平衡,则带电体将做复杂的曲线运动,因洛伦兹力不做功,可用动能定理求解问题.3.带电粒子在叠加场中有约束情况下的运动带电体在复合场中受轻杆、轻绳、圆环、轨道等约束的情况下,常见的运动形式有直线运动和圆周运动,此时解题要通过受力分析明确变力、恒力做功情况,并注意洛伦兹力不做功的特点,运用动能定理、能量守恒定律结合牛顿运动定律求出结果.4.分析带电粒子在复合场中运动问题的一般步骤(1)看清粒子所在区域中场的组成,一般是电场、磁场、重力场中两个场或三个场的复合场.(2)正确的受力分析是解题的基础,除了重力、弹力、摩擦力以外,特别要注意电场力和洛伦兹力的分析,不可遗漏任一个力.(3)在受力分析的基础上进行运动分析,注意运动情况和受力情况的相互结合,特别要关注一些特殊的时刻所处的特殊状态(临界状态),对于临界问题,注意挖掘隐含条件.(4)如果粒子在运动过程中经过不同的区域受力发生改变,应根据需要对整个过程分阶段处理.(5)应用一些必要的数学知识,画出粒子的运动轨迹示意图,根据题目的条件和问题灵活选择不同的物理规律解题.①当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时,根据受力平衡列方程求解;②当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时,应用牛顿定律结合圆周运动规律求解;③当带电粒子做复杂曲线运动时,一般要结合动能定理或能量守恒定律求解.5.带电粒子在交变电磁场中运动的处理方法[方法概述]这类问题首先要明确是电场做周期性变化还是磁场做周期性变化,亦还是电场、磁场都做周期性变化,另外分析是否计重力.在这类问题中,电场或磁场变化的周期一般会与粒子做圆周运动的周期存在某种关系.在某段时间内若受力平衡,则做匀速直线运动;在某段时间内若带电粒子只受电场力,则做类平抛运动,应用运动的合成与分解的方法分析;在某段时间内若带电粒子只受洛伦兹力,则做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力.当然还会涉及平衡条件、牛顿运动定律、运动学公式、动能定理等.[题型简述]带电粒子在周期性变化场中的运动问题涉及的物理过程较复杂,一般都存在多值和对称的情况.渗透物理世界的对称与和谐.这类问题能很好地考查学生思维的多元性和空间的想象力,更能考查学生的综合分析能力,近几年内带电粒子在周期性变化场中的运动问题将成为压轴题的最大热点.。
现代五项运动竞赛规则百年嬗变与高水平选手训练要素结构的演进现代五项自1912年在斯德哥尔摩举办的第五届夏季奥林匹克运动会中被列为正式比赛项目至今已经在奥林匹克大家庭中走过了一百多年的历史,现代五项运动在作为促进运动项目发展的重要元素运动竞赛规则变化的引领下,经历了巨大变革。
尤其是自1988年汉城奥运会以来,为适应现代奥林匹克运动发展的需要,在国际现代五项联盟的引领下,现代五项运动竞赛规则变化的频率、幅度和力度等都在加大。
例如,缩减比赛时间,调整子项比赛次序,调整子项计分规则,完善子项细则,采用跑射联项等。
运动竞赛规则的变化影响着人们对现代五项运动制胜规律的把握,尤其是对现代五项高水平竞技训练的认识。
运动竞赛规则的频繁变化还增大了我们在如何及时、全面和深入把握现代五项高水平竞技训练的规律,提高训练质量与效益,前瞻性地设计未来奥运会备战及后备人才培养战略的难度。
因此,梳理现代五项竞赛规则百年嬗变之路,探寻高水平选手训练要素结构在运动竞赛规则变化下的演进规律,具有非常重要的理论和现实意义。
鉴于此,本研究以“现代五项运动竞赛规则百年嬗变与高水平选手训练要素结构的演进”作为研究选题,综合运用文献资料法、专家访谈法、田野调查法、问卷调查法、数理统计法和逻辑分析法,对现代五项运动竞赛规则百年嬗变的整体特征、变化内容和演进致因进行了梳理概括,对现代五项规则变化对项目发展与训练的影响进行了调查研究与分析,对我国高水平现代五项选手在应对竞赛规则频繁变化过程中的训练、参赛经验进行了总结,并对我国现代五项接下来的训练参赛工作进行了理论思考。
现将研究成果概括如下:1运动项目竞赛规则的演变对于运动竞赛的组织、运动员的参赛和训练有着巨大的影响。
现代五项运动组合具有多元性及竞赛组织复杂性等特点,致使其竞赛规则的变化频率和变化幅度明显地高于和大于大多数其他竞技运动项目。
2促进现代五项“一体化”,促进项目“均衡发展”,提高项目“普及度”是现代五项运动竞赛规则演进的总体特征,具体规则主要集中在运动成绩计量变化,比赛时间的变化,子项比赛顺序的变化,子项比赛场地器材装备的变化,子项规则条目包括比赛处罚的完善等方面。
《张斌华规则》——现代五项据说,19世纪普法战争期间,一名叫亚当斯的法军青年骑兵受命飞骑传信。
在路途中,他遭遇敌军,跳下马和对方比剑决斗,获胜后却发现自己的战马被另一名敌兵射杀。
军官一枪击毙敌兵,徒步继续向前跑去,却又遇到大河挡住去路。
终于,他泅渡过急流,将消息送到目的地。
听到这个故事,您可能会钦佩亚当斯的高超军事素质,还可能会被他的勇敢精神感动。
不过,现代奥运会之父顾拜旦听说这个故事后却不仅仅是感动,而是专门设立了一个比赛项目,让军人们能在奥运会上象亚当斯那样战斗。
他所设立的这个项目,综合了马术、击剑、射击、越野跑与游泳这五个项目。
顾拜旦认为,这五个项目的组合,能够培养军人勇敢顽强战斗意志与品质,他把这个项目命名为现代五项,所以顾拜旦也被称为现代五项之父。
小片:早期的现代五项比赛时间是六天,第一项是马术,参赛选手们骑马进行越野障碍赛,第二项是击剑,选手们使用重剑进行车轮大战,第三项是射击,选手们用军用手枪每人打20发子弹,第四项是300米自由泳,第五项是4000米越野跑。
前四项比赛中,选手们的比赛成绩会被换算成积分,他们之间的积分差距决定了最后一项越野跑比赛起跑时间的间隔,积分领先的选手先出发,最后以到达终点的先后顺序决定比赛名次。
1912年,在顾拜旦的大力推动下,现代五项第一次出现在斯德哥尔摩奥运会赛场上。
那时候它还不叫现代五项,而是叫做军官多项全能或军事五项。
当时要求,所有的参赛者必须是军官。
那一年真有很多军官来参加这场比赛,甚至还有人远涉重洋从美国赶来的。
他们之中有一个27岁的西点军校毕业生。
当时,他还仅仅一个名不见经传的骑兵少尉,不过,三十年多后全世界都将开始传诵他的名字,到那个时候,他被人称作巴顿将军。
当年,巴顿很看重这场比赛,为了保持良好的竞技状态比赛,他还特地在赛前戒了烟。
马术是巴顿的强项。
他一生中在美国全国各地的马术比赛中获得了400枚奖牌和200个奖杯。
而且,为了把心爱的坐骑“黑玫瑰”从美国带到欧洲参赛,巴顿可是掏腰包自费的。
论现代五项运动的战术运用
李宗勃
【期刊名称】《湖北体育科技》
【年(卷),期】1995(000)001
【摘要】本文试图通过对现代五项运动战术运用的研究,阐明战术运用在竞赛中的重要性,探讨现代五项运动冲出亚洲,赶超世界先进水平的另一途径。
【总页数】3页(P21-23)
【作者】李宗勃
【作者单位】湖北省体工三大队
【正文语种】中文
【中图分类】G819
【相关文献】
1.现代五项运动催生小球三项运动的必要性研究 [J], 张光涛;刘明勇;王凯军
2.2013~2015年我国现代五项运动员运动成绩变化分析 [J], 林桥兵
3.现代五项运动国际发展特征及我国运动员曹忠荣成绩表现研究 [J], 袁磊;赵鲁南
4.现代五项运动竞赛规则的演变历程及其对该运动的影响研究 [J], 曹阳;薛晶
5.5周亚高原训练对国家现代五项队运动员身体机能和运动表现的影响 [J], 王金昊;曹忠荣;邱俊;路瑛丽
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浅析如何提升现代五项运动员心理稳定性张 卜随着社会的不断发展与进步,现代竞技中对于心理因素越来越重视,就现代五项来讲,这一运动复杂性明显,对于运动员在心理素质上要求更高,运动过程中,运动员需将五个项目在一天中完成,五个项目属于不同项群,运动员需承受的心理负荷和心理负荷比较大,因此训练时不仅需关注技术训练、战术训练、体能训练等多种问题,也需关注心理稳定性,细致对运动员比赛当中可能出现的心理问题进行分析,并提出对应解决对策,借此促进运动员在运动中心理的稳定性的提升。
心理因素与运动员在竞技运动中获得的成绩之间联系紧密,因此现代五项运动应给予运动员实际心理素质充分关注,对运动员在运动中应具备的心理特征进行总结,保证其运动中心理的稳定性。
1 运动五项中产生的心理问题1.1 跑射联项中存在的心理问题对于现代五项来讲,跑射联项在实施之后,原本射击比赛实施的制胜规律被彻底改变,气手枪慢射向跑步速射改变,运动需要在急速跑步停下后,立刻调整自己的呼吸,进行射击,然后提速疾跑,路程为八百米,这一过程需循环四次,五十秒内打中5中,在速跑过程中,运动员心脏跳动急速,但是在射击时需其做到心静气沉,两个不同的运动节点紧密联系在了一起,对于运动员来讲,不仅需面对生理考验,也需面对心理考验,需要其在高生理负荷的情况下保持心理稳定性,因此跑射联项胜利的关键不仅在于体能,心理的作用也十分关键,此项运动中,常常会出现这几个问题,首先为跑步之后射击第一枪不中,其次命中率比较低,最后为连续不中或者是最后一枪都不中。
这些问题实际上反映了运动员的调节能力,因此训练中应给予控制训练充分关注,并积极开展实战模拟,借此促进运动员针对复杂问题灵活应对能力的提升。
1.2 游泳中存在的心理问题体能对于游泳比赛的胜负能够产生决定性影响,在心理因素不良的影响下会对运动员技术的实际发挥产生不良影响,如运动员对于游泳比赛的认知缺乏正确性,在遇到水太凉或者是泳池不好游的情况下难以对其进行有效应对,因此运动员进行这方面的心理训练十分必要。
复合场---现代五项技术的应用 一.速度选择器原理 速度选择器是近代物理学研究中常用的一种实验工具,其功能是为了选择某种速度的带电粒子 1.结构:如图所示 (1)平行金属板M、N,将M接电源正极,N板接电源负极,M、N间形成匀强电场,设场强为E;
(2)在两板之间的空间加上垂直纸面向里的匀强磁场,设磁感应强度为B; (3)在极板两端加垂直极板的档板,档板中心开孔S1、S2,孔S1、S2水平正对。 2.原理 工作原理。设一束质量、电性、带电量、速度均不同的粒子束(重力不计),从S1孔垂直磁场和电场方向进入两板间,当带电粒子进入电场和磁场共存空间时,同时受到电场力和洛伦兹力作用
BqFEqF洛电,
若洛电FF BqEq
vEB0。 即:当粒子的速度vEB0时,粒子匀速运动,不发生偏转,可以从S2孔飞出。由此可见,尽管有一束速度不同的粒子从S1孔进入,但能从S2孔飞出的粒子只有一种速度,而与粒子的质量、电性、电量无关 3.几个问题 (1)粒子受力特点——电场力F与洛仑兹力f方向相反 (2)粒子匀速通过速度选择器的条件——带电粒子从小孔S1水平射入, 匀速通过叠加
场, 并从小孔S2水平射出,电场力与洛仑兹力平衡, 即BqEq;即vEB0;
(3)使粒子匀速通过选择器的两种途径: 当0v一定时——调节E和B的大小; 当E和B一定时——调节加速电压U的大小; 根据匀速运动的条件和功能关系, 有qUmvmEB121
202
2
, 所以, 加速电压应为221BEqmU。
(4)如何保证F和f的方向始终相反——将0v、E、B三者中任意两个量的方向同时改变, 但不能同时改变三个或者其中任意一个的方向, 否则将破坏速度选择器的功能。 (5)如果粒子从S2孔进入时,粒子受电场力和洛伦兹力的方向相同,所以无论粒子多大的速度,所有粒子都将发生偏转
(6)两个重要的功能关系——当粒子进入速度选择器时速度vEB0, 粒子将因侧移而不能通过选择器。 如图, 设在电场方向侧移d后粒子速度为v,
当BEv0时: 粒子向f方向侧移, F做负功——粒子动能减少, 电势能增加, 有220212
1mvdqEmv
当BEv0时:粒子向F方向侧移, F做正功——粒子动能增加, 电势能减少, 有1212022mvqEdmv;
二.质谱仪 质谱仪主要用于分析同位素, 测定其质量, 荷质比和含量比, 如图所示为一种常用的质谱仪 1.质谱仪的结构原理 AS
CS1
S2
S3
S4
Vr
PF
B
DB0
V
UMN
(1)离子发生器O(O中发射出电量q、质量m的粒子,粒子从A中小孔S飘出时速度大小不计;) (2)静电加速器C:静电加速器两极板M和N的中心分别开有小孔S1、S2,粒子从S1
进入后,经电压为U的电场加速后,从S2孔以速度v飞出;
(3)速度选择器D:由正交的匀强电场E0和匀强磁场B0构成,调整E0和B0的大小可以选择度为v0=E0/B0的粒子通过速度选择器,从S3孔射出; (4)偏转磁场B:粒子从速度选择器小孔S3射出后,从偏转磁场边界挡板上的小孔S4
进入,做半径为r的匀速圆周运动;
(5)感光片F:粒子在偏转磁场中做半圆运动后,打在感光胶片的P点被记录,可以测得PS4间的距离L。装置中S、S1、S2、S3、S4五个小孔在同一条直线上 2.问题讨论: 设粒子的质量为m、带电量为q(重力不计),
粒子经电场加速由动能定理有:221mqU①;
粒子在偏转磁场中作圆周运动有:BqmL2②;
联立①②解得:ULqBm822 22
8LBUmq
另一种表达形式 同位素荷质比和质量的测定: 粒子通过加速电场,通过速度选择器, 根据匀速运动的条
件: 0BEv。若测出粒子在偏转磁场的轨道直径为L, 则BqBmEBqmvRL0222, 所以
同位素的荷质比和质量分别为EBqLBmBLBEmq2;200。 三.磁流体发电机 磁流体发电就是利用等离子体来发电。 1.等离子体的产生:在高温条件下(例如2000K)气体发生电离,电离后的气体中含有离子、电子和部分未电离的中性粒子,因为正负电荷的密度几乎相等,从整体看呈电中性,这种高度电离的气体就称为等离子体,也有人称它为“物质的第四态”。 2.工作原理:
磁流体发电机结构原理如图(1)所示,其平面图如图(2)所示。M、N为平行板电极,极板间有垂直于纸面向里的匀强磁场,让等离子体平行于极板从左向右高速射入极板间,由于洛伦兹力的作用,正离子将向M板偏转,负离子将向N板偏转,于是在M板上积累正电荷,在N板上积累负电荷。这样在两极板间就产生电势差,形成了电场,场强方向从M指
向N,以后进入极板间的带电粒子除受到洛伦兹力洛F之外,还受到电场力电F的作用,只
要电洛FF,带电粒子就继续偏转,极板上就继续积累电荷,使极板间的场强增加,直到带电粒子所受的电场力电F与洛伦兹力洛F大小相等为止。此后带电粒子进入极板间不再偏转,极板上也就不再积累电荷而形成稳定的电势差 3.电动势的计算: 设两极板间距为d, 根据两极电势差达到最大值的条件电洛FF, 即
dBBEv, 则磁流体发电机的电动势Bdv。
四.回旋加速器 1932年美国物理学家劳伦斯发明的回旋加速器,是磁场和电场对运动电荷的作用规律在科学技术中的应用典例,也是高中物理教材中的一个难点,其中有几个问题值得我们进一步探讨
回旋加速器是用来加速带电粒子使之获得高能量的装置。
OB
1.回旋加速器的结构。回旋加速器的核心部分是两个D形金属扁盒(如图所示),在两盒之间留有一条窄缝,在窄缝中心附近放有粒子源O。D形盒装在真空容器中,整个装置放在巨大的电磁铁的两极之间,匀强磁场方向垂直于D形盒的底面。把两个D形盒分别接到高频电源的两极上。
2.回旋加速器的工作原理。如图所示,从粒子源O放射出的带电粒子,经两D形盒间的电场加速后,垂直磁场方向进入某一D形盒内,在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动,经磁场偏转半个周期后又回到窄缝。此时窄缝间的电场方向恰好改变,带电粒子在窄缝中再一次被加速,以更大的速度进入另一D形盒做匀速圆周运动……,这样,带电粒子不断被加速,直至它在D形盒内沿螺线轨道运动逐渐趋于盒的边缘,当粒子达到预期的速率后,用特殊装置将其引出。 3.问题讨论。
(1)高频电源的频率电f。
带电粒子在匀强磁场中运动的周期Bqm2T。带电粒子运动时,每次经过窄缝都被电场加速,运动速度不断增加,在磁场中运动半径不断增大,但粒子在磁场中每运动半周的时间
qBmTt2不变。由于窄缝宽度很小,粒子通过电场窄缝的时间很短,可以忽略不计,粒子运动的总时间只考虑它在磁场中运动的时间。因此,要使粒子每次经过窄缝时都能被加速的条件是:高频电源的周期与带电粒子运动的周期相等(同步),即高频电源的频率为
mqBf2电,才能实现回旋加速。
(2)粒子加速后的最大动能E。
由于D形盒的半径R一定,粒子在D形盒中加速的最后半周的半径为R,由R
mBq2
可知mBqR,所以带电粒子的最大动能mRqBmE222222。虽然洛伦兹力对带电粒子不做功,但E却与B有关; 由于EmnqU22,由此可知,加速电压的高低只会影响带电粒子加速的总次数,并不影响回旋加速后的最大动能。 (3)能否无限制地回旋加速。 由于相对论效应,当带电粒子速率接近光速时,带电粒子的质量将显著增加,从而带电粒子做圆周运动的周期将随带电粒子质量的增加而加长。如果加在D形盒两极的交变电场的周期不变的话,带电粒子由于每次“迟到”一点,就不能保证粒子每次经过窄缝时总被加速。因此,同步条件被破坏,也就不能再提高带电粒子的速率了 (4)粒子在加速器中运动的时间: 设加速电压为U,质量为m、带电量为q的粒子共被加速了n次,若不计在电场中运动的时间,有:
mRqBEnqU2222max所以mUqRBn222 又因为在一个周期内带电粒子被加速两次,所以粒子在磁场中运动的时间 时间UBRTnt222磁 若计上粒子在电场中运动的时间,则粒子在两D形盒间的运动可视为初速度为零的匀加速直线运动,设间隙为d,有:
221电tmd
qU
nd
所以UBdRqUmndt22电 故粒子在回旋加速器中运动的总时间为 URdBRttt2)2(磁电
因为dR,所以电磁tt,故粒子在电场中运动的时间可以忽略 【例题】有一回旋加速器,两个D形盒的半径为R,两D形盒之间的高频电压为U,偏转磁场的磁感强度为B。如果一个α粒子和一个质子,都从加速器的中心开始被加速,试求它们从D形盒飞出时的速度之比。
错解:当带电粒子在D形盒内做圆周运动时,速率不变。当带电粒子通过两个D形盒之间的缝隙时,电场力对带电粒子做功,使带电粒子的速度增大。设带电粒子的质量为m,电荷为q,在回旋加速器中被加速的次数为n,从D形盒飞出时的速度为V,根据动能定理有:
22
1
mVnqU,解得mnqUV2。
由上式可知,带电粒子从D形盒飞出时的速度与带电粒子的荷质比的平方根成正比,所以21HVV。 分析纠错:上法中认为α粒子和质子在回旋加速器内被加速的次数相同的,是造成错解的原因。因带电粒子在D形盒内做匀速圆周运动的向心力是由洛仑兹力提供的,对带电粒子飞出回旋加速器前的最后半周,根据牛顿第二定律有:
RVmqBV2解得mqBRV。
因为B、R为定值,所以带电粒子从D形盒飞出时的速度与带电粒子的荷质比成正比。因α粒子的质量是质子质量的4倍,α粒子的电荷量是质子电荷量的4倍,故有:21HVV 五.霍尔效应若 1.霍尔效应。金属导体板放在垂直于它的匀强磁场中,当导体板中通过电流时,在平行